掌握木材特性以实现精密 CNC 木工加工

机加工人员常因木材比金属软得多，误认为木材是 CNC 木工中的“易加工材料”。某种程度上这是真的，因木材切削参数可设定比大多数金属高得多的进给率。然而，木材有许多独特属性需纳入考量，以优化切削工艺实现最大效率。

使用 Harvey Tool 转速进给表充分发挥 CNC 木工项目潜力

CNC 木工用木材类型

木工用木材主要分三类：硬木、软木和人造板。

硬木

硬木教科书定义为被子植物，常称阔叶树。如橡木、桦木、枫木。常用于高档家具、甲板、地板和建筑构件。

软木

软木为裸子植物，即针叶树。通常比硬木密度低，因被认为更易加工。别被名称误导：某些软木比某些硬木更硬。Harvey Tool 的木材专用铣刀转速进给表按詹卡硬度分类正是为此。詹卡硬度是专为木材分类设计的改良硬度标尺。

软木除制家具外，也用于门、窗框、纸制品。如松木、雪松。表 1 列出 20 种常见木材及其詹卡硬度。

人造板

人造板或复合木材，指任何木纤维、颗粒、刨片经胶粘剂或结合剂粘合而成。虽部分材料比实木更易加工，但胶粘剂可能极具磨蚀性，导致刀具过早磨损、增加 CNC 木工难度。注意某些人造板因结合剂含量高更难加工，应降低进给速度。例如中密度纤维板（MDF）比胶合板难加工，但比酚醛树脂板容易得多。

木材特性

纹理尺寸

技术上讲，木材可视为天然复合材料：强韧纤维素纤维由较硬的类胶基质（木质素和半纤维素）粘合。类比建筑，纤维素纤维如钢筋，木质素和半纤维素如混凝土。纤维素纤维大者为粗纹理（橡木、梣木）；纤维小且少者为细纹理（松木、枫木）。软木倾向细纹理，故被刻板认为易加工，因强纤维少。注意并非所有硬木皆粗纹理，非所有软木皆细纹理。

含水率 (MC)

含水率 (MC) 是加工木材时最重要变量之一。木材易翘曲是极常见问题。空气含水率变化必然影响木材内部含水率。含水率任何变化（增或减）都会扰动工件形状。因此必须考虑成品最终使用环境的湿度类型。

平衡含水率 (EMC)

平衡含水率 (EMC) 指木材含水率达到平衡点。美国室内 EMC 平均约 8%，室外约 12%。因温湿度差异全国各地数值不同。如美国东南部室内平均 EMC 11%，西南部约 6%（不含沿海）。必须考虑成品最终所在地区和应用，以便加工前选用正确含水率木材。大多数平纹木材每 4% MC 变化尺寸变化 1%。翘曲方向取决于纹理取向。

通常，操作功率需求随含水率升高而增加，主要因密度激增。木材密度随 MC 上升而增加。CNC 木工中可能需要额外动力将更重切屑排出切削区。值得注意，木材像合成聚合物一样是粘弹性材料，随湿润吸收能量，其力学性能比例极限随 MC 增加而增强。

加工某些木材时，切削区温度随 MC 升高而升高，但其他树种会下降。加工含水率超 10% 木材时，为安全避免刀具快速磨损，应降低 SFM。 Harvey Tool 转速进给表建议每增加 1% MC 降低 30 SFM。但始终取决于木材类型和加工操作类型。

温度变化非高含水率导致刀具快速磨损唯一原因。木材水分不只是水，还含树脂、糖、油、淀粉、生物碱、单宁等随水存在的物质。这些物质与高速钢反应剧烈，对硬质合金反应较弱。

节疤及其对 CNC 冲击

节疤是树枝融入树干形成的部分。节疤对木材力学性能的影响源于木纤维连续性中断和方向改变。该部位性能通常较低，因节疤周围纤维扭曲导致应力集中。“检查”（干燥开裂）常在节疤周围发生。垂直纹理方向的硬度和强度是普遍较低力学性能的例外。因这两个例外，加工遇节疤部位时应降低加工参数以避免冲击载荷。